Ingenieurs van de TU Delft hebben een nieuwe beeldvormende techniek ontwikkeld om tot wel 4 mm diep in weefsel te kijken. Tot nu toe was ongeveer 1 mm het maximum. ‘Vooral bij onderzoekers van zebravissen was er grote behoefte aan om dieper in weefsel te kunnen kijken’, vertelt onderzoeker beeldvormende technieken Jeroen Kalkman. ‘Dat is namelijk lastig zonder de vis dood te maken.’

De nieuwe techniek van Kalkman en zijn collega’s heet Optische Coherente Projectie Tomografie (OCPT) en combineert het beste van twee al bestaande technieken: Optische Coherentie Tomografie (OCT) en Computer Tomografie (CT).

Anders dan bij OCT werkt OCPT niet met gereflecteerd licht, maar met een transmissiesignaal, net als bij CT. Dat maakt de nieuwe techniek geschikt voor toepassingen waarbij het mogelijk is een sensor achter het sample te plaatsen, zoals bij biopten en hele zebravissen.

De sensor vangt zowel licht op dat recht door het sample gaat – en dus het eerste aankomt – als licht dat wordt verstrooid en later aankomt. ‘Door het ‘rechtdoorgaande’ licht te selecteren, weten we precies welk pad het heeft afgelegd. Het signaal van het rechtdoorgaande licht wordt bepaald door de som van alle interacties die langs het pad plaatsvinden’, legt Kalkman uit. ’Nu de padlengte goed gedefinieerd is, kunnen we die interacties kwantificeren. Dit doen we door het rechtdoorgaande licht vanuit verschillende richtingen te meten. Een computeralgoritme combineert die informatie dan tot een 3D-beeld.’

‘Het gaat om afbeeldingen maken van organen’

Jeroen Kalkman

Tijdswinst

De lichtbundel scant het sample punt voor punt op een lijn en draait vervolgens om het sample heen om ook andere lijnen te scannen. Zo worden er tot wel tweehonderd plakken boven elkaar gemaakt.

Het sample en de lichtbundels in het apparaat draaien gelijktijdig, zodat het zo snel mogelijk een plaatje kan maken. Twee spiegeltjes zorgen ervoor dat het sample niet meer in alle richtingen mee hoeft te bewegen en dat levert extra tijdwinst op. Eén scan van een zebravis neemt nu 24 minuten in beslag. Kalkman: ‘Dat is nog best tijdrovend, maar we hebben onze techniek al vijftig keer sneller kunnen maken dankzij de spiegeltjes.’

De resolutie ligt rond de 10 tot 20 µm, wat vrij hoog is voor beeldvorming van samples van enkele millimeters groot, volgens Kalkman. ‘We zien geen cellen, maar dat was ook niet het doel. Het gaat in dit onderzoek om het meten van grote volumes en om afbeeldingen te maken van organen.’

Kwantitatieve beelden

Het resultaat is een beeld dat geometrisch helemaal correct is en bovendien kwantitatieve informatie geeft, zoals de brekingsindex. ‘De zebravis heeft bijvoorbeeld een zwemblaas gevuld met gas en daarvan konden we meten dat de brekingsindex 1 was. We willen dit soort metingen gebruiken om biologische processen te kwantificeren en te volgen.’

Die biologische processen zijn met OCPT dan zelfs tot 4 mm diep te volgen in volwassen zebravissen, die groter en minder doorzichtig zijn dan larven. In de toekomst wordt het dan volgens Kalkman mogelijk om tumoren te volgen in een stadium waarin de zebravissen al ouder zijn. ‘Dat is interessant voor ziekten die de menselijke ouderdom met zich mee brengt. Met zebravissen kun je vervolgens beter en sneller moleculen selecteren voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. We praten nu met bedrijven om assays op te zetten voor het hanteren van grote aantallen zebravissen, die je vervolgens met OCPT in beeld brengt.’